[发明专利]一种纳米双金属丙烷脱氢催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米双金属丙烷脱氢催化剂及其制备方法,属于催化剂技术领域。

背景技术

目前世界丙烯产量中的 59.1%来自蒸气裂解乙烯的联产，35.1%来自炼油厂精炼副产，2.9%来自丙烷脱氢。丙烷脱氢有无氧脱氢和氧化脱氢两种方法，其中无氧脱氢制丙烯技术已经工业化，UOP公司的 Oleflex 工艺和鲁姆斯公司的 Catofin 工艺应用最为广泛。氧化脱氢与无氧脱氢相比，可在较低的温度下进行，但存在氧化反应过程复杂，性能较好的催化剂难以制备等问题，目前仍处于探索开发阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米双金属丙烷脱氢催化剂的制备方法，使用该催化剂丙烯收率大幅提高。

一种纳米双金属丙烷脱氢催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、将13mol苯并呋喃、26mol氟化铵、13mol乳酸和36份体积分数为8%的去离子水混合作为有机溶剂电解液，在恒温25℃,搅拌速度为300转/分条件下，采用电解氧化方法对铁钛合金基体进行阳极氧化，得到具有Cu掺杂相的TiO₂纳米管阵列薄膜的前驱体；工作电极和对电极施加的电压为90V恒电压,阳极氧化时间为60min，两电极之间距离为2cm；

步骤2、采用氩气气氛在常压下对TiO₂纳米管阵列薄膜的前驱体进行退火晶化,退火处理温度为500℃,保温时间为2h，升温速率为4℃/min，降温速率为10℃/min，得到具有Cu掺杂相的TiO₂纳米管阵列薄膜；

步骤3、采用直流磁控溅射方法,在具有Cu掺杂相的TiO₂纳米管阵列薄膜上负载Cu₂O纳米颗粒，所述磁控溅射方法中的气氛为99.99%的氩气和氧气混合气体,分压为66:4,电流为0.2A，功率为80W，真空度为0.9Pa，衬底温度为25℃，时间为10s，得到TiO₂—Cu₂O纳米双金属型丙烷催化剂。

所述的铁钛合金基体制备方式如下：

步骤1、称取24份Fe、48份Al 、12份TiO₂、1.6份Cr、3份Zr作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；

步骤2、在上述步骤的合金液中加入精炼剂六氯乙烷,加入量为合金总重量的1.5%,电磁搅拌的时间间隔为10min；

步骤3、将上述步骤精炼好的合金液通过泡沫陶瓷过滤板导入过滤箱中,过滤箱温度设为700℃；

步骤4、将上述步骤过滤箱中的合金液通过水冷半连续铸造,以70L/min的速度通过流槽将合金液导入结晶器内,结晶器用水冷却；

步骤5、将上述水冷后的合金结晶浸泡于温度为65℃的碳酸钠和碳酸氢钠（摩尔比为4:3）缓冲液中表面处理25min后取出，再用水冲洗干燥，放在矫直机上,通过轧辊进行精整，厚度为2mm，得到铁钛合金基体材料。

有益效果：本发明纳米双金属丙烷脱氢催化剂采用精炼水冷工艺制备铁钛合金催化材料基底,再由电解氧化方法对铁钛合金基体进行阳极氧化，得到具有Cu掺杂相的TiO₂纳米管阵列薄膜，通过直流磁控溅射将Cu₂O纳米颗粒负载到薄膜上；有效地拓展了TiO₂的吸收带边,抑制了丙烷氢原子与空穴的复合,从而使基于TiO₂的纳米复合催化材料具有明显增强的丙烷C-H键断裂稳定性以及提高烯烃过渡态吸附、脱附速率；通过优化催化材料电解氧化工艺中有机电解液配比组成，严格控制电解后催化材料的比表面积、空间结构以及或活性位数目，使得双金属均匀的负载在基体的内外表面，减少裂化反应的发生和积碳的生成，对丙烯脱氢反应具有优异的催化效果。

具体实施方式

实施例1

一种纳米双金属丙烷脱氢催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、将13mol苯并呋喃、26mol氟化铵、13mol乳酸和36份体积分数为8%的去离子水混合作为有机溶剂电解液，在恒温25℃,搅拌速度为300转/分条件下，采用电解氧化方法对铁钛合金基体进行阳极氧化，得到具有Cu掺杂相的TiO₂纳米管阵列薄膜的前驱体；工作电极和对电极施加的电压为90V恒电压,阳极氧化时间为60min，两电极之间距离为2cm；